东秦岭—大别—苏鲁造山带背景噪声宽频带有限频层析成像

The eastern Qinling-Dabie-Sulu utrahigh pressure (UHP) metamorphic belt was formed by the subduction and collision between the Yangtze Craton and North China Craton. It is a natural laboratory for continental dynamic study of ocean-continent subduction translating to continent-continent collision and orogeny. Research on the crustal and upper mantle shear-wave velocity structure beneath the eastern Qinling-Dabie-Sulu orogenic belt is the key to better understand the process and evolution of the UHP metamorphic belt. Ambient noise tomography is an important method to study the crust and upper mantle structure. Developing the ambient noise broadband finite frequency tomography and studying the shear wave velocity structure beneath the eastern Qinling-Dabie-Sulu orogenic belt can have a better understanding of the crust and upper mantle structure of the study region. The research will provide new geophysical constraints on the dynamic process of the study region. Based on the seismic data recorded by China Seismic Network, regional seismic network and portable seismic array, this project uses ambient noise broadband finite frequency tomography to obtain the three-dimensional shear wave velocity structure of the crust and upper mantle of the study region, focusing on the slab-like high velocity anomaly in the uppermost mantle which will provide geophysical evidences for the exhumation model of the UHP metamorphic belt. This project will provide important constraints on the understanding of dynamic mechanism of continental orogeny and evolution of orogen in the eastern Qinling-Dabie-Sulu orogenic belt.

东秦岭—大别—苏鲁超高压变质带是扬子板块向华北板块俯冲—碰撞的产物，是研究洋—陆俯冲转化为陆—陆碰撞及后继的造山运动等大陆动力学过程的天然实验室。深入研究该造山带地壳上地幔横波速度结构是正确理解超高压变质带形成和与折返等动力学过程的基础和关键。地震背景噪声层析成像技术是构建高分辨率地壳上地幔结构的重要方法，发展背景噪声宽频带有限频层析成像技术并应用于东秦岭—大别—苏鲁造山带壳幔横波速度结构研究，有望对研究区的壳幔结构取得新的认识，为该区的演化动力学过程提供新的地球物理约束。本项目基于中国地震台网及区域台网和流动台阵观测数据，利用有限频背景噪声面波成像技术获取研究区地壳上地幔三维横波速度结构，重点研究上地幔板片状高速体的倾向和深部延伸，以期为东秦岭—大别—苏鲁带超高压变质岩的折返的动力学机制提供地球物理依据。预期研究成果对认识大陆碰撞造山带形成和演化的动力学机制具有重要科学意义。

面波层析成像技术是构建高分辨率地壳上地幔结构的重要方法，发展宽频带背景噪声有限频层析成像技术并应用于东秦岭—大别造山带壳幔横波速度结构研究，有望对研究区的壳幔结构取得新的认识，为该区的演化动力学过程提供新的地球物理约束。本项目基于广义最小二乘线性反演方法发展了有限频背景噪声层析成像方法，并验证了为了获取小尺度的相速度结构，在长周期背景噪声层析成像中需要考虑有限频效应的影响。此外，本项目基于中国地震台网及区域台网和流动台阵观测数据，利用有限频背景噪声层析成像技术获取了研究区地壳上地幔三维横波速度模型，该模型表明西秦岭造山带和西大别造山带的岩石圈地幔存在高速异常，推测为扬子板块的深俯冲的残留岩石圈。而东秦岭和东大别造山带岩石圈地幔存在明显的低速异常，表明这些区域在过去发生了岩石圈拆沉。本项目构建的岩石圈三维横波速度结构模型与超高压变质岩的两段折返机制模型一致。基于有限频背景噪声层析成像技术，本项目发展了基于阵列式的远震Love面波层析成像技术，该方法可用于获取准确的基阶Love面波相速度结构，为获取准确的地壳上地幔径向各向异性结构提供了技术支持。通过开展以上研究，本项目开发了一整套获取精确的宽频带面波相速度结构的面波层析成像技术，这些技术可用于研究岩石圈地幔横波速度及径向各向异性结构，通过以上研究，本项目完善了基于面波层析成像研究岩石圈形成演化动力学过程的方法技术体系。